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1、北京大学学报(自然科学版),第40卷,第6期,2004年11月述评ActaScientiarumNaturaliumReviewUniversitatisPekinensis,Vol.40,No.6(Nov,2004)1)天然气水合物勘探技术综述刘影史(北京大学地球与空间科学学院,北京,100871)摘要天然气水合物是一种潜在的巨大能源,发展天然气水合物勘探技术,准确确定天然气水合物的分布与蕴藏量,对我国天然气水合物产业的建立有至关重要的作用。目前,国际上天然气水合物调查研究已呈现多学科、多方法的发展
2、趋势,而国内天然气水合物勘探刚刚起步。总结了国内外地质、地球物理、地球化学等天然气水合物勘探技术,并介绍了我国天然气水合物的研究现状。关键词天然气水合物;地球物理勘探技术;地球化学勘探技术中图分类号P740引言天然气水合物,又称笼形化合物(Clathrate),是在一定条件(合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等)下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物。其天然气成分有CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等。其中当甲烷分子含量超过99%时称为
3、甲烷水合物(MethaneHydrate)。在陆地,天然气水合物产于永冻层地区200～2000[1][2]m深处。在大洋,天然气水合物在沉积物中稳定深度为0～1000m。天然气水合物的能量33密度很高,据理论计算,1m饱和天然气水合物在标准条件下可释放出164m的甲烷气体,是其他非常规气源岩(诸如煤层气、黑色页岩)能量密度的10倍、常规天然气能量密度的2～5[2,3]倍,因此它是一种优质高效的燃料,可作为优质能源。据第28届国际地质大会资料,全球14314天然气水合物中天然气储量为218×10m,是目
4、前世界上已探明的普通天然气储量114×103[5]m的2倍,因而是一种潜在的巨大能源。同时,由于天然气水合物具有特殊亚稳定状态的成矿系统,增温或减压会使捕获的气体释放,导致海底滑塌和滑坡等地质灾害,而且释放出的甲烷是一种重要的温室效应气体,其温室效应为CO2的20倍。可见天然气水合物在资源、环[2～8]境、灾害3个方面均处于非常重要的地位。发展天然气水合物勘探技术,准确确定天然气水合物的分布与蕴藏量,对天然气水合物产业的建立有至关重要的作用。目前天然气水合物勘探主要利用地球物理方法,如地震反射法中的B
5、SR技术、测井技术、钻孔取样技术等等。地球化学方法也是重要的天然气水合物勘探方法。1)国家自然科学基金资助项目(40274040)收稿日期:2003210210;修回日期:2004204219984©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第6期刘影等:天然气水合物勘探技术综述1天然气水合物地球物理勘探技术目前,各国采用的地球物理勘探方法主要有地震,测井,热流
6、测量,钻井取芯,海洋电磁法探测技术等。1.1地震勘探法地震勘探是目前进行天然气水合物勘探最常用的、也是最重要的普查方法。地震方法的原理是利用不同地层中地震反射波速率的差异进行目的层探测。由于声波在天然气水合物中[9]传播速率比较高,是一般海底沉积物的2倍(大约为313kmPs),故能够利用地震波反射资料检测到大面积分布的天然气水合物。1.1.1BSR技术海洋天然气水合物存在的一个重要地震剖面特征是似海底反射层(BSR),它代表天然气水合物稳定带的基底,BSR之上为天然气水合物稳定带。因为天然气水合物稳
7、定带之下的沉积物中经常渗透有一定量的水,同时还可能饱含受上层天然气水合物层屏蔽的气体,而地震波在水和气中的传播速率都比较低(水中的速率大约为115kmPs),故地震波在天然气水合物稳定带以下地层中传播速率也相应较低,一般为114～115kmPs。由于地震波在天然气水合物稳定带和BSR之下地层中传播速率的明显差异形成一个较强的波阻抗反射面,产生较强振幅的反射波;同时,由于天然气水合物稳定带基底在一定的区域内总是出现在大致统一的深度,故[9]来自这个反射界面的正常地震波也就大致平行于海底,因而称为似海底反
8、射面。BSR常分[3]布于海底地形高地之下或陆坡之上,且随水深的增加而增加,随地温梯度的变化而变化。BSR反射波极性与海底极性相反,这也是可能存在天然气水合物的标志。目前,在秘鲁海槽、中美洲海槽、北加利福尼亚和俄勒冈滨外,南海海槽及南极大陆和贝加尔湖都发现了BSR的[10]存在。同时通过深海钻探已证明这些具有BSR的地层确实存在天然气水合物。天然气水合物存在带的另一个重要地震特征被称作“空白”(blanking)。“空白”是地震波强反射的标志。由于天然气
